Способ регистрации расположения движущихся металлических объектов и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01V3/10 G08G1/65 

1

12

Изобретение относится к контроль- но-измерятвльиой технике и может быть использовано для регистрации металлических объектов, например автомобилей в потоке уличного движения, ; трубопроводов или прочих обладающих электропроводностью объектов.

Цель изобретения - повышение точности регистрации за счет использования абсолютного измерения индуктивности.

На фиго 1 представлена схема устройства регистрации движущихся металлических объектов, в котором возбух - далощая и измерительная катушка индуктивности -выполнены в виде общей петли, а регистрируемый объект изготовлен не из;, ферромагнитно го материала на фиг. 2 - схема возбуждающей и измерительной катушек индуктивности; на фиг, 3 - схема блока управления; на фиг.4 - вариант схемы с разделенным .блоком управления; на фиг. 5 и 6 - форма наиболее простых компенсированных петель, образующих катушку индуктивности,

. Устройство содержит источник питания (не показан), выполненный в виде источника постоянного напряжения,подключенную к нему возбуждающую катушку 1 индуктивности В виде петли, которая является также измерительной катушкой индуктивности, подключенный к ней усилитель 2, выполненньш с регулятором времени задержки (не показан), управляемый коммутатор 3,включенный, между источником питания и катушкой 1 индуктивности, блок 4 управления, выход которого подключен к выходу усилителя 2, первый выход - к индикатору (не показан), второй выход - к управляющему входу коммутатора 3, а третий выход - к входу задержки усилителя 2.

В устройстве может быть использован ограничитель 5 тока, включенный параллельно катушке 1 индуктивности. Измерительная катушка 6 индуктивности может быть выполнена в виде нескольких петель, а направление намотки витков хотя бы одной из петерь из- мерительно й катушки -6 индуктивности может быть противоположным направле- ншо намотки остальных петель.

Возбуждающая катушка 1 индуктивности и измерительная катушка 6 индуктивности (фиг. 2) могут быть выполнены раздельно. Блок 4 управления со5 .2

держит регулируемый нестабильный

мультивибратор 7, моностабильный мультивибратор 8, второй моностабильный мультивибратор 9, элемент 10 задержки, элемент И 11, инвертор 12, компаратор 13, микрокомпьютер 14,. регулируемый генератор 15 тока, регулируе- элемент 16 генератора 15 тока, второй инвертор 17, второй регулир емый генератор 18 .тока, регулируемый элемент 19 генератора 18 тока и моностабильный мультивибратор 20.

Способ с помощью устройства регистрации движущихся металлических объектов осуществляется следующим образом,

Когда :Вблизи: петли катушки 1 индуктивности нет электропроводящего объекта 21 при замкнутом коммутаторе

3 петля подключена к источнику питания. Чтобы уменьшить потери, целесообразно ограничить ток только индуктивностью петли и омическим сопротивлением резистора 22.

Этот ток создает в петле катушки 1 магнитный поток Фц.

После размыкания коммутатора 3 магнитный поток Ф уменьшается до нуля в зависимости от определенного,

ограничителем 5 тока перегрузки (переходный процесс самоиндукции окончен), После этого петля находится в состоянии покоя, значение напряжения на клеммах; теоретически равно нулю. (Функции ограничителя 5 тока молсет взять на себя один из других блоков токовой цепи). Затем с-помощью коммутатора 3 петля подключается к усилителю 2, который от начала замыкания коммутатора 3 до окончания переходного процесса запирается блоком 4 управления. Выход усилителя 2,снаб- женньш интегрирующим помехозащитным устройством, соединен с входом блока 4 управления. Кроме управления прочими токовыми цепями, блок 4 управления выполняет функции сравнения,обработки сигналов и согласования.

Б соответствии с этим усилитель 2 после окончания индуктивного переход-, ного гфоцесса, когда задержка времени заканчивается, производит контроль измеряемого на клеммах петли напряжения, обработанного в преобразователе- усилителе 2.

УчитыЕ ая, что напряжение практически раЕ:но нулю, блок 4 управления выдает на выход соответствующую логическую информацию, после чего изме

рения повторяют с заранее установленной частотой.

Если в зоне петли катушки 1 индуктивности находится электропроводящий объект 21 (например, металлический лист), процесс протекает следующим образом.

Часть ф магнитного потока Я проникает в объект 21 (т.е. пересекает его) со скоростью, зависящей от вихревых токов, возникающих в металлическом объекте 21.

Продолжительность замыкания коммутатора 3 регулируется блоком 4 управления таким образом, что степень подключения магнитного потока близка статическому значению.

После отключения коммутатора 3 Магнитный поток Ф (который не пересекал объект 21) быстро прекращается так же, как в предыдущем случае.

Магнитный поток Т , проходящий через металлический объект 21, прекращается вследствие вихревых токов медленно.

Вследствие прекращения тока в петле магнитный поток Ф преобразуется в поле, и (так как теперь металлический объект представляет собой уже возбуждающий элемент) через петлю катушки 1 идет только часть Я магнитного потока Я. Медленное снижение магнитного потока индуцирует постоянного напряжение в петле, которое может быть зарегистрировано во время контрольных замеров.

Таким образом, имеет место элементарный измерительный цикл,состоящий из трех стадий. Повторяя цикл с необходимой частотой, можно реализовать непрерывное измерение.

Описанный процесс происходит при многопетлевом устройстве и/или при ферромагнитном объекте аналогичным образом с тем отличием, что изменяется расположение магнитного потока.

Блок 4 управления может обрабатывать сигналы с различной амплитудой, полученные во время контрольного измерения, по-разному. В наиболее простой форме сигналы сравниваются на уровне сравнения и вьщается информация Да-нет. При другой форме, например при аналоговом измерении,может быть получена информация о расстоянии между объектом и петлей и т.д. При необходимости (например, в случае сильного мешающего шума) можно ис-

2469054

пользовать логическ ао коррекцию ошибки или преобразование уровня.

В случае, когда блок 4 управления не содержит микрокомпьютера 14,период с измерения регулируется нестабильным регулируемьм мультивибратором 7, в то время как отдельные промежутки времени и проведение контрольных замеров регулируются запускающими друг друга )0 моностабильными мультивибраторами 8 . и 20, а также элементом 10 задержки. С помощью генератора 15 тока можно регулировать уровень сравнения, в то время как генератором 18 тока )5 можно регулировать гистерезис, который имеет большое значение, в частности, при большом шумовом фоне.

Период моностабильного повторного включаемого в работу мультивибрато- 20 ра 9 длиннее, чем период нестабильного мультивибратора 7. Благодаря этому обеспечивается постоянный уровень сигнала на выходе блока 4.Если блок 4 управления содержит микроком- 25 пьютер, то последний может выполнять функции большинства показанных на фиг. 3 элементов. В,шумной окружающей среде микрокомпьютер может иметь несколько программ с коррекцией ошибок. В одном из вариантов изменение результатов измерения воспринимается только в том случае, если они сохраняются в течение по меньшей мере двух или трех периодов. В обоих указанных вариантах микрокомпьютер 14 контролирует правильность изменения результата измерения за существенно меньший период, чем период нормального измерения.

При аналоговом измерении микрокомпьютер может производить регулирова-

30

35

40

паратора 13.

Кроме вариантов, представленных на фиг. 1 и 2, катушки индуктивности могут быть реализованы по-другому.

При расположении места сбора информации и подачи энергии далеко от катушки коммутация значительных токов катушки связана с большими трудностями. В этом предусматривается локальный преобразователь энергии, благодаря чему в линии при высоком напряжении может протекать низкий

ток, I

При далеко расположенных друг от друга мест измерения функции блока 4 управления распределяются на две части: часть блока управления, которая

необходима для работы около катушек (фиг. 3 элементы 8, 20, 17, 10, 13 и 16), располагается в самом блоке, а другая часть, производящая логическую обработку сигналов (на фиг. 3 элементы 7, 9 и 14), располагается, например, в пункте сбора информации 1-ши на центральном пульте.

Систему, содержащую-несколько катушек индуктивности, можно выполнить так, чтобы центральная часть была общей для разделенного блока 4 управления,

. Вариант устройства с разделенным блоком управления имеет один или несколько каналов между частями блока, служащих для передачи сигналов, а также блок согласования. Канал (каналы) используют отдельную жилу или жз-шу, служащую для передачи энергии (фиг. 4).

Вариант выполнения заключается в том, что для подавления магнитных шумов окружающей среды катушка индуктивности выполнены (на) в виде компенсированных петель (петли).

Наиболее простой вариант компенсированной петли представлен на и 6„ Петли такого типа наиболее пригодны для подавления или уменьшения магнитных помех, так как изменение мешающего магнитного потока в элементах петли, намотанных с противоположным знако-м,индуцирует нап1 яяение противоположного знака.

Напряжение, имеющееся на клеммах петли, равно сумме напряжений отдельных элементов петли, т.е. напряжения противоположного знака вычитаются друг из друга.

Если степень изменения мешающего магнитного потока в обоих намотанных с противоположным знаком элементах петли идентична, помехи полностью компенсируются.

При этом на обнаружение полезного сигнала от петли представленной форм оказывается лишь незначительное влияние „

Ф о р м у Л а и 3 о б р е т е н и я

1, Способ регистрации расположения движущихся металлических объектов, заключающийся в том, что с помощью токопроводящей петли в обьекте

0

5

0

0

С

воз буждают вихревые токи, регистрируют реакцию вихревых токов и по ней судят о расположении объекта, о т - л 11 чающийся тем, что, с целью поБЬШ ения точности регистрации,, токопроводя дую петлю питают постоянным током в интервале временидЛревы- иаюшем время затухания вихревых токов в объекте,, предлагают питание токопроводящей петли, измеряют напряжение петли через интервал времени,равный времени переходного процесса в петле,и по этому напряжений определяют реакцию вихревых токов,

2.Способ по П.1, отличаю- щ и и с я тем,что перечисленные опе- рации повторяют трижды,

3.Способ по пц. 1 и 2, о т л и - ч а ю ш, и и с я тем, что измерение напряжения петли повторяют,

4. стройство для регистрации расположения движущихся металлических объектов, содержащее источник питания,, подключенную к нему возб; : кдаю- щую ка.тушку индуктивности в виде петли, измерительную катушку индуктивности в виде петли, подключенный к ней усилитель и индикатор, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, источник питания выполнен в виде источника постоянного напряжения, усилитель выполнен с рег улятором времени задерл ки,

а устройство снабжено управляемым коммутатором, включенным между источником питания и возбулсдающей катушкой индуктив - ости и блоком управления, вход которого подключен к выходу усилителя, а первый выход - к индикатору 5 второй выход - к управляющему входу коммутатора, а третий выход - к входу задержки усилителя.

5.Устройство по п.45 о т л и ч а- 10 пг е е с я тем, что оно снабжено ограничителем тока, включеннь м параллельно возбуждающей катушке.

6.Устройство по пп, 4 и 5, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что измерительная катушка индуктивности вы- пол гена в виде нескольких петедь,

7.Устройство по ппо 4-6, о т л и - ч а ю ;ц е е с я тем, что витки хотя бы одной из петель измерительной катушки индуктивности имеют направление намотки, противоноложное направ- очению намотки остальных петель.

и.

М

Фиг.1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности регистрации за счет использования абсолютного измерения индуктивности. Способ регистрации расположения движущихся металлических объектов заключается в том, что токопроводящую петлю питают импульсами постоянного тока, деятельность которых превышает время затухания вихревых токов в объекте. Измеряют напряжение петли через интервал времени, равный времени переходного процесса в петле, и по этому напряжению, характеризующему реакцию вихревых токов, судят о расположении объекта. Устройство регистрации расположения движущихся металлических объектов содержит источник питания в виде источника постоянного напряжения, подключенную к нему возбуждающую катушку индуктивности в виде петли, измерительную катушку индуктивности в виде петли, управляемый коммутатор, включенный между источником питания и возбуждающей катушкой, а также блок управления, служащий для управления токовыми цепями сравнения обработки сигналов и согласования, 2 с.п. ф-лы. 5 3.п. ф-лы, 6 ил. СО ю 4 C3D : gi см

Фм.2.

Фиг. З

A

}

Фиг.

O-.M

M

.5

.6